曹景全

1 概述

近年來，旋挖鉆成孔施工工藝以其低噪音、低振動(dòng)、鉆進(jìn)速度快、施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)就位方便、垂直度易于控制、施工占地面積小等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛推廣，尤其在市政工程和施工工期較緊、臨近既有建筑物及較厚砂層地區(qū)應(yīng)用較多。

在華東地區(qū)進(jìn)行旋挖鉆孔灌注樁施工，不可避免地要穿越中間超厚砂層。這不僅需要控制鉆進(jìn)過程中達(dá)到進(jìn)尺速度，保證樁基工程鉆進(jìn)過程中的質(zhì)量，還須妥善地解決成孔以及下放鋼筋籠、混凝土澆筑過程中可能遇到的擴(kuò)孔、塌孔、夾渣、超灌、成樁質(zhì)量差等問題。因?yàn)闁|站房緊鄰高鐵線路既有線及1#牽引變電所，必須有效防止由于塌孔等原因?qū)扔芯€及1#牽引變電所造成不良的影響。

中鐵建工集團(tuán)在杭州南站進(jìn)行旋挖鉆孔灌注樁施工過程中形成了華東地區(qū)超厚砂層施工經(jīng)驗(yàn)。由于在處理地層與成樁關(guān)系、樁基施工對(duì)高鐵既有線及既有建筑物變形影響方面成效顯著，成孔鉆進(jìn)、泥漿制備及控制兩個(gè)環(huán)節(jié)采用有針對(duì)性的先進(jìn)技術(shù)，避免出現(xiàn)擴(kuò)孔、塌孔、夾渣、超灌等質(zhì)量問題，故有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 工程概況

杭州南站位于杭州市蕭山區(qū)中部，是杭州樞紐內(nèi)重要的客運(yùn)站。杭州南站規(guī)模為7臺(tái)21線，設(shè)東西廣場(chǎng)，以東廣場(chǎng)為主，西廣場(chǎng)為輔，采用高架候車。

其中，站房建筑面積 47456㎡，站臺(tái)雨棚 32014㎡，通廊 8300m2、站臺(tái)42210㎡。地下一層、地上二層，建筑高度為27m；鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，最大跨度為24m。屋蓋結(jié)構(gòu)形式為雙向平面鋼桁架，順軌向最大跨度42m，垂軌向最大跨度35.575m。

東站房樁基工程采用旋挖擴(kuò)孔灌注樁施工工藝成樁，樁長(zhǎng)最長(zhǎng)為61.5m，樁底最深處位于地面以下78.5m。施工區(qū)地層為砂和粘土互層結(jié)構(gòu)，砂層均呈松散狀態(tài)，且層厚達(dá)到10m，砂層最大標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)56擊，粘土層最大標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)25擊。大部分樁穿越深度較厚的砂層。在厚砂層中采用旋挖鉆孔工藝施工要冒相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)，若控制不當(dāng)易發(fā)生擴(kuò)孔、塌孔、夾渣、超灌、成樁質(zhì)量差等問題。必須防止旋挖鉆孔過程中出現(xiàn)上述質(zhì)量問題，保證樁基施工質(zhì)量和高鐵既有線及1#牽引變電所的安全。

3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）旋挖鉆機(jī)在砂層中成孔難度大，必須選擇合適的鉆斗、鉆壓和鉆速。旋挖鉆機(jī)在砂層中鉆進(jìn)，普通鉆斗經(jīng)常會(huì)“跑空”，提鉆時(shí)無法將砂土有效取出。經(jīng)過與廠家及有經(jīng)驗(yàn)的施工工人的探討研究，決定采用改進(jìn)的撈砂式封底鉆斗（圖1）。利用撈砂式封底鉆斗，結(jié)合提鉆速度的控制，能有效地取出樁孔中的砂土，從而大大提高了樁基成孔的速率。

（2）采用依據(jù)不同土層采用不同的鉆壓和鉆速的鉆進(jìn)方法。旋挖鉆機(jī)啟動(dòng)后，初始采用低速鉆進(jìn)，主卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩承擔(dān)不低于鉆桿、鉆斗質(zhì)量之和的20%，保證孔位不產(chǎn)生偏差。

（3）提鉆下鉆速度控制：鉆斗提升時(shí)，泥漿在鉆斗與孔壁之間流速加快會(huì)沖刷孔壁，有時(shí)還會(huì)在孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，遇松散砂層極易塌孔，因此必須控制提鉆和下鉆速度，應(yīng)以慢速、勻速提升和下放。本工程鉆斗升降速度控制在0.6 m/s 以內(nèi)。

4 施工工藝流程

4.1 施工工藝流程

由工藝流程圖可知，當(dāng)鉆孔灌注樁采用旋挖成孔時(shí)，由于鉆斗需要多次上下往復(fù)作業(yè)摩擦孔壁，加之松散的砂層較厚，容易發(fā)生擴(kuò)孔、塌孔、夾渣、超灌事故，因此在鉆孔過程中，要制備符合性能指標(biāo)的高質(zhì)量泥漿，同時(shí)要及時(shí)補(bǔ)充泥漿護(hù)壁，以確?？變?nèi)水頭壓力，防止擴(kuò)孔、坍孔等現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 操作要點(diǎn)

（1）合理布置施工現(xiàn)場(chǎng)，清理場(chǎng)地內(nèi)影響施工的障礙物，低洼處用粘土回填，達(dá)到“三通一平”，挖好泥漿循環(huán)池。

（2）鉆孔前使用全站儀采用逐樁坐標(biāo)法施放樁位點(diǎn)，放樣后四周設(shè)護(hù)樁并復(fù)測(cè)，誤差控制在5mm以內(nèi)，待甲方或監(jiān)理驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行成孔施工。

（3）設(shè)置護(hù)筒：根據(jù)樁位點(diǎn)設(shè)置護(hù)筒，護(hù)筒的內(nèi)徑應(yīng)大于鉆頭直徑200～300mm，護(hù)筒位置應(yīng)埋設(shè)正確穩(wěn)定，護(hù)筒中心和樁位中心偏差不得大于50mm，傾斜度的偏差不大于1%，護(hù)筒與坑壁之間應(yīng)用粘土填實(shí)。施工中，護(hù)筒的埋設(shè)采用旋挖鉆機(jī)靜壓法來完成。首先正確就位鉆機(jī)，使其機(jī)體垂直度、鉆桿垂直度和樁位鋼筋條三線合一，然后在鉆桿頂部帶好筒式鉆頭，再用吊車吊起護(hù)筒并正確就位，用旋挖鉆桿將其垂直壓入土體中。護(hù)筒埋設(shè)后再將樁位中心通過四個(gè)控制護(hù)樁引回，使護(hù)筒中心與樁位中心重合，并在護(hù)筒上用紅油漆標(biāo)識(shí)護(hù)樁方向線位置。護(hù)筒的埋設(shè)深度：在粘性土中不宜小于1m，在砂土中不宜小于1.5m。護(hù)筒應(yīng)高出地面20～30cm，隨即注入泥漿，并應(yīng)保證孔內(nèi)泥漿液面高于地下水位1m以上。

（4）鉆機(jī)就位：鉆機(jī)就位應(yīng)保持平穩(wěn)，不發(fā)生傾斜、位移，鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位開啟電機(jī)進(jìn)行開孔。經(jīng)研究決定采用改進(jìn)的撈砂式封底鉆斗。利用撈砂式封底鉆斗，結(jié)合提鉆速度的控制，能有效地取出樁孔中的砂土，提高樁基成孔速率。旋挖鉆機(jī)底盤為伸縮式自動(dòng)整平裝置，并在操作室內(nèi)有儀表準(zhǔn)確顯示電子讀數(shù)，當(dāng)鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁位中心十字線時(shí)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)即可鎖定。鉆機(jī)就位后鉆頭中心和樁中心應(yīng)對(duì)正準(zhǔn)確，誤差控制在2cm內(nèi)。

（5）泥漿制備：基于旋挖成孔自造漿能力差的缺點(diǎn)，必須人工造漿并及時(shí)補(bǔ)充孔內(nèi)以維持孔壁穩(wěn)定。考慮到砂層穩(wěn)定性差，人工造漿選用優(yōu)質(zhì)鈉質(zhì)膨潤(rùn)土為原料，并摻人適量的純堿及羧甲基纖維素配制而成。純堿可增大泥漿PH 值至8～10，加速膨潤(rùn)土顆粒分散，增強(qiáng)土水化作用，提高泥漿膠體率和穩(wěn)定性，摻入量為膨潤(rùn)土的0.3%～ 0.5%。纖維素可使孔壁土表面形成薄膜防止孔壁剝落，降低失水量，提高粘度，摻入量為膨潤(rùn)土的0.05%～ 0.1%。

①泥漿指標(biāo)控制

泥漿性能的優(yōu)劣直接影響成孔、成樁質(zhì)量，因此對(duì)泥漿指標(biāo)的控制格外嚴(yán)格。工地上設(shè)專人對(duì)泥漿進(jìn)行粘度、相對(duì)密度、含沙率測(cè)試，并記錄下來，當(dāng)泥漿指標(biāo)達(dá)不到表內(nèi)規(guī)定時(shí)，及時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)。

②入孔泥漿指標(biāo)

靜態(tài)泥漿在成孔過程中起護(hù)壁及固孔2 個(gè)作用，泥漿過稠，影響鉆進(jìn)速度，泥漿過稀，孔壁易坍塌，泥漿含砂量大，孔底沉渣太厚。本工程地下水位高，中砂層最大埋深64.4m，護(hù)筒埋深6.5 m，中砂層有10.6 m高度靠泥漿壓力維持孔壁穩(wěn)定，由于該砂層埋深較深，泥漿產(chǎn)生的液注壓力大，初始泥漿宜采用高相對(duì)密度，而后根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

（6）旋挖鉆進(jìn)：采用依據(jù)不同土層采用不同的鉆壓和鉆速的鉆進(jìn)方法。當(dāng)鉆機(jī)就位準(zhǔn)確，泥漿制備合格后即開始鉆進(jìn)。旋挖鉆機(jī)啟動(dòng)后，初始采用低速鉆進(jìn)，主卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩承擔(dān)不低于鉆桿、鉆斗質(zhì)量之和的20%，保證孔位不產(chǎn)生偏差。鉆進(jìn)時(shí)每回次進(jìn)尺控制在60cm左右，剛開始要放慢旋挖速度，注意放斗要穩(wěn)，提斗要慢，特別是在孔口5～8m段旋挖過程中要注意通過控制盤來監(jiān)控垂直度，如有偏差及時(shí)進(jìn)行糾正，且必須保證每挖一斗及時(shí)向孔內(nèi)注漿，使孔內(nèi)水頭保持一定高度，以增加壓力，保證護(hù)壁質(zhì)量。

在粘土中鉆進(jìn)時(shí)，考慮到粘土塑性好、土質(zhì)硬、穩(wěn)定性好，采用中等壓力高檔鉆速鉆進(jìn)，每鉆進(jìn)尺控制在60cm左右。砂層鉆進(jìn)時(shí)由于砂土穩(wěn)定性差，土體經(jīng)擾動(dòng)后易塌孔，采取低速增壓鉆進(jìn)，每鉆進(jìn)尺深度控制在40cm以內(nèi)，并加大泥漿泵入量，減小對(duì)土體的擾動(dòng)以防坍孔。在軟硬土層交界處注意控制鉆速和鉆壓，并采用二次復(fù)鉆掃孔，避免產(chǎn)生孔斜。

提鉆下鉆速度控制：鉆斗提升時(shí)，泥漿在鉆斗與孔壁之間流速加快會(huì)沖刷孔壁，有時(shí)還會(huì)在孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，遇松散砂層極易塌孔，因此必須控制提鉆和下鉆速度。本工程鉆斗升降速度控制在0.6 m/s 以內(nèi)。

（7）清孔：鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后，將鉆斗留在原處機(jī)械旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，孔底虛土盡量裝入斗內(nèi)，起鉆后需對(duì)孔底虛土進(jìn)行清理。一般用沉渣處理鉆斗來排出沉渣，若沉淀時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)采用水泵進(jìn)行濁水循環(huán)。

在多砂、厚砂地層中施工，由于旋挖工藝泥漿不參與循環(huán)排渣，砂粒會(huì)混入泥漿中，且樁徑大、樁孔深，成孔時(shí)間長(zhǎng)（22～25 h），終孔后泥漿含砂率及沉淀均會(huì)出現(xiàn)不同程度超標(biāo)。

（8）鋼筋籠制作應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，鋼筋籠存放場(chǎng)地應(yīng)平整，鋼筋籠應(yīng)先進(jìn)行隱蔽工程驗(yàn)收方能下放，下放時(shí)應(yīng)保證鋼筋籠順直，嚴(yán)禁擺動(dòng)碰撞孔壁，就位后焊制定位鋼筋。

（9）鋼筋籠下放至設(shè)計(jì)深度后，立即安裝混凝土灌注導(dǎo)管，避免導(dǎo)管與鋼筋籠碰撞，遇導(dǎo)管下放困難應(yīng)及時(shí)查明原因。導(dǎo)管一般由直徑為200～300mm的鋼管制作，內(nèi)壁表面應(yīng)光滑并有足夠的強(qiáng)度和剛度，管段的接頭應(yīng)密封良好和便于裝拆。

（10）二次清孔：將頭部帶有1m長(zhǎng)管子的氣管插入導(dǎo)管內(nèi)，氣管底部與導(dǎo)管底部最小距離2m，壓縮空氣從氣管底部噴出，如能使導(dǎo)管底部在樁孔底部不停的移動(dòng)，就能全部排出沉渣，對(duì)深度不足10m的樁孔，須用空吸泵清渣。灌注混凝土前的孔底沉渣厚度應(yīng)滿足要求。

（11）灌注水下混凝土：配制的混凝土強(qiáng)度等級(jí)必須滿足設(shè)計(jì)要求，并應(yīng)具備良好的和易性。開始灌注混凝土?xí)r，為使隔水栓順利排出，導(dǎo)管底部至孔底的距離宜為30～50cm，使導(dǎo)管一次埋入混凝土面下1.0m以上，灌注過程中導(dǎo)管埋深宜為2～6m，嚴(yán)禁將導(dǎo)管提出混凝土面，設(shè)專人測(cè)導(dǎo)管埋深及管內(nèi)外混凝土液面高差?；炷帘仨氝B續(xù)灌注，灌注的樁頂標(biāo)高應(yīng)預(yù)加一定的高度，一般應(yīng)比設(shè)計(jì)高出50～100cm，預(yù)加高度可于基坑開挖后鑿除，鑿除時(shí)候應(yīng)防止損壞樁身。

5 質(zhì)量保證措施

（1）鋼護(hù)筒埋設(shè)：護(hù)筒既保護(hù)孔口壁防止坍孔，又是鉆孔的導(dǎo)向，因此護(hù)筒的垂直度要保證不得大于施工技術(shù)規(guī)范要求。為防止漏漿以維持孔內(nèi)泥漿液面，護(hù)筒周圍土要夯實(shí)，采用粘土封口。在上層土質(zhì)較差時(shí)，可將護(hù)筒加長(zhǎng)至4～6m以提高護(hù)壁效果。在松散的雜填土層和流砂層成孔時(shí)，需加大泥漿比重，增加化學(xué)泥漿的粘度，提高泥漿的護(hù)壁效果。

（2）旋挖鉆機(jī)在砂層中成孔難度大，必須選擇合適的鉆斗、鉆壓和鉆速。旋挖鉆機(jī)在砂層中鉆進(jìn)，普通鉆斗經(jīng)常會(huì)“跑空”，提鉆時(shí)無法將砂土有效取出，決定采用改進(jìn)的撈砂式封底鉆斗。利用撈砂式封底鉆斗，結(jié)合提鉆速度的控制，能有效地取出樁孔中的砂土。

（3）對(duì)化學(xué)泥漿的要求：要根據(jù)土質(zhì)情況選擇合適的泥漿比重，一般應(yīng)控制泥漿的比重在1. 10～1. 20 之間：一清：1.15～1.20，二清：1.10～1.15。粘度在18s～25s，含砂率小于6 %。當(dāng)進(jìn)入厚砂層后必須根據(jù)鉆進(jìn)實(shí)際情況，調(diào)整泥漿配合比。定期測(cè)試化學(xué)泥漿的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，出現(xiàn)問題及時(shí)解決。

（4）孔底沉渣控制：旋挖鉆斗的切削、提升土屑的機(jī)理與常見回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的正、反循環(huán)成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通過鉆斗把孔底原狀土切削成條狀載入鉆斗提升出土，后者是通過鉆頭把孔底原狀土打碎由泥漿循環(huán)帶出土面。前者底部面緩，鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高對(duì)土的擾動(dòng)很小，沒有聚淤漏斗，所以要加強(qiáng)化學(xué)泥漿的管理，控制固相含量，提高粘度，防止快速沉淀，還要控制終孔前幾鉆斗的旋挖量。

（5）復(fù)測(cè)孔深及泥漿比重：為保證灌注樁質(zhì)量，澆筑混凝土前，一要檢查孔底泥漿的比重是否小于1.10 ，否則采取換漿處理；二要檢查孔的深度，判斷有否孔壁坍塌現(xiàn)象，若有可用旋鉆機(jī)清孔，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后方可安裝導(dǎo)管。

（6）對(duì)導(dǎo)管的要求：導(dǎo)管在使用前必須作水密承壓試驗(yàn)和接頭抗拉試驗(yàn)，確保接頭嚴(yán)密，不漏水、不漏漿。導(dǎo)管上料斗的體積，由樁徑、樁長(zhǎng)和導(dǎo)管埋入混凝土中的深度來確定，料斗體積應(yīng)大些為好，確保首批澆筑混凝土的埋管深度。

（7）澆筑混凝土要求：樁基水下混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑，中間不得停頓。由于樁內(nèi)混凝土不能振搗，主要靠混凝土自重壓密和混凝土流動(dòng)成型，須控制好配合比、澆筑速度以確?；炷临|(zhì)量，隨時(shí)檢查混凝土塌落度。由于混凝土澆筑到頂時(shí)殘留泥漿會(huì)與混凝土混合，為確保樁頭混凝土質(zhì)量，實(shí)際樁頂標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計(jì)標(biāo)高高0.5m～1.0m ，最后機(jī)械破樁頭處理。

6 結(jié)束語

以一臺(tái)XR360旋挖鉆機(jī)施工一根直徑0.85米、樁長(zhǎng)60m（入中風(fēng)化）的樁基為例：

旋挖鉆機(jī)施工：純鉆進(jìn)成孔時(shí)間約16小時(shí)，鋼筋籠焊接時(shí)間約3小時(shí)，下導(dǎo)管約2小時(shí)，混凝土澆注約2小時(shí)，合計(jì)用時(shí)約23小時(shí)。用水量約34m3，泥漿循環(huán)池大小約需43m3，不需另外征地。旋挖鉆機(jī)施工承包單價(jià)約345元/米，施工內(nèi)容包括清理平整場(chǎng)地、挖泥漿循環(huán)池、造漿、成孔、鉆渣清理運(yùn)輸、焊接鋼筋籠、輔助灌注水下混凝土、泥漿循環(huán)池整平處理。

回旋鉆機(jī)施工：純鉆進(jìn)成孔時(shí)間約48小時(shí)，鋼筋籠焊接時(shí)間約3小時(shí)，下導(dǎo)管約2小時(shí)，混凝土澆注約2小時(shí)，合計(jì)用時(shí)約55小時(shí)。用水量約170m3，泥漿循環(huán)池大小約需215m3，需另外征地約0.17畝。回旋鉆機(jī)施工承包單價(jià)約340元/米（自發(fā)電單價(jià)），施工內(nèi)容僅包括造漿、成孔、焊接鋼筋籠、輔助灌注水下混凝土，其他輔助工作全部由項(xiàng)目部負(fù)責(zé)。如采用承包施工內(nèi)容與旋挖鉆機(jī)相同，每延米需增加措施費(fèi)約30元。

由此可見，旋挖鉆機(jī)施工與常規(guī)回旋鉆機(jī)相比可節(jié)省約25元/米，還能大大提高成樁效率，同時(shí)將工程施工由地面轉(zhuǎn)入地下，避免了地面施工產(chǎn)生的大量場(chǎng)地占用，消除了對(duì)城市交通的嚴(yán)重影響，施工產(chǎn)生的振動(dòng)、噪音、粉塵等公害也得到了最大限度的降低，減少了安全防護(hù)和環(huán)境保護(hù)方面的資金投入和安全生產(chǎn)隱患。社會(huì)效益和環(huán)境效益明顯。

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